Широко распространено во всех группах растений. В бесполом размножении принимает участие один организм. Собственно бесполое размножение происходит путем митотического деления или с помощью спор. Особой формой бесполого размножения является вегетативное.
Деление
Размножение путем деления характерно для одноклеточных водорослей. Деление происходит путем митоза. В результате деления образуются две идентичные родительской дочерние особи.
Размножение спорами
Споры — репродуктивные, одноклеточные образования, при прорастании которых развиваются новые особи. У наземных растений и грибов споры не имеют специальных приспособлений для активного передвижения. У большинства обитающих в воде водорослей споры подвижны, так как имеют жгутики. Такие споры называют зооспорами.
Споры образуются в органах бесполого размножения — спорангиях или зооспорангиях. У водорослей практически любая клетка может стать спорангием, у высших растений спорангий — многоклеточный орган. У растений споры всегда гаплоидны. Если они возникают на диплоидном растении, то их образованию предшествует мейоз, если на гаплоидном — митоз.
Растение, на котором образуются споры, называют спорофит. Различают равноспоровые и разноспоровые растения.
- Ø Равноспоровые растения — растения, у которых все образующиеся споры имеют одинаковые размеры.
- Ø Разноспоровые растения — растения, образующие споры, отличающиеся по величине и физиологическим особенностям:
- · микроспоры — более мелкие споры, формирующиеся в микроспорангиях, из них вырастают мужские заростки (гаметофиты);
- · мегаспоры — более крупные споры, формирующиеся в мегаспорангиях, из них вырастают женские заростки (гаметофиты).
- Ø Разноспоровость чаще встречается среди высших растений (некоторые плауны, папоротники, все голосеменные и покрытосеменные).
- Размножение спорами имеет большое приспособительное значение:
- · в результате мейоза происходит рекомбинация генетического материала;
- · обычно у растений споры образуются в огромных количествах, что обеспечивает высокую интенсивность размножения;
- · благодаря малым размерам и легкости споры разносятся на большое расстояние, обеспечивая расселение растений и освоение ими новых территорий;
- · плотная оболочка споры служит надежной защитой от неблагоприятных условий среды.
6.2. Вегетативное размножение растений
Вегетативное размножение — это увеличение числа особей за счет отделения жизнеспособных частей вегетативного тела и их последующей регенерации (восстановления до целого организма).
Данный способ размножения широко распространен в природе. Вегетативным способом размножаются водоросли, высшие растения.
Особенно разнообразны способы вегетативного размножения у покрытосеменных растений.
Вегетативное размножение бывает естественным и искусственным.
Естественное вегетативное размножения является важной характерной особенностью многих видов. Благодаря этому способу размножения происходит быстрое увеличение числа особей вида, их расселение и как следствие — успех в борьбе за существование. Естественное вегетативное размножение происходит несколькими путями:
фрагментация материнской особи на две или более дочерних в результате перегнивания протонемы или слоевища (моховидные);
разрушение участков наземно-ползучих и полегающих побегов (плауны, голосеменные, цветковые);
с помощью особых структур (клубни, луковицы, корневища, клубнелуковицы, пазушные почки, придаточные почки на листьях или корнях, выводковые корзиночки моховидных и т.д.), специально предназначенных для вегетативного размножения.
- Искусственное вегетативное размножение осуществляется при участии человека при выращивании культурных растений. В практике сельского хозяйства искусственное вегетативное размножение обладает рядом преимуществ над семенным:
- обеспечивает получение потомков, повторяющих признаки родительского организма;
- осуществляется быстрее, ускоряет получение продуктивных потомков;
- позволяет получить большое количество потомков;
- позволяет воспроизвести клоны, которые образуют нежизнеспособные семена или вообще их не образуют.
- Существуют различные способы вегетативного размножения:
- фрагментацией;
- · специализированными вегетативными структурами;
- · частями вегетативных органов, отделенных от материнского растения до или после их укоренения;
- · прививками;
- · культурой тканей.
Фрагментация
Фрагментацией называют разделение особи на две или несколько частей, каждая из которых регенерирует в новую особь (рис. 34).
Такое размножение характерно для нитчатых и пластинчатых водорослей (обрывки нитей или части таллома), некоторых цветковых растений (например, элодея канадская).
В Европу попали только женские экземпляры элодеи, не способные образовывать семена из-за отсутствия мужских растений и единственным способом размножения оказалась фрагментация.
Специальные вегетативные структуры
Специальные вегетативные структуры, используемые для вегетативного размножения, являются видоизменениями побега и корня. Эти структуры возобновляют растения и себя через образование придаточных корней и побегов и используются человеком для их размножения.
· Луковица. В природе луковицами размножаются многие растения: тюльпаны, гусиный лук, пролеска, подснежник и т.д. В сельскохозяйственной практике луковицами размножают лук, чеснок, декоративные растения: тюльпаны, нарциссы, гиацинты и другие.
· Вегетативное размножение луковичных растений осуществляют разросшимися взрослыми луковицами, детками, отдельными чешуями.
· Клубнелуковица. К клубнелуковичным растениям относятся гладиолус, крокус, водяной орех. Запасные питательные вещества клубнелуковицы расходуются на цветение, но к концу сезона формируется новая клубнелуковица. Кроме того, может образоваться одна или несколько клубнелуковичек — мясистых почек, развивающихся между старой и новой клубнелуковицами.
· Корневище. В лесах, степях, на лугах обитает большое количество корневищных растений, прежде всего злаков. К корневищным растениям относятся пырей, тимофеевка, белоус, купена, кислица, хвощ полевой и другие дикорастущие растения. У многих корневища ветвятся, и при отмирании старых частей происходит обособление новых растений.
В сельском хозяйстве корневищами размножают ревень, мяту, спаржу, бамбук, в декоративном садоводстве — ландыш, ирис и другие. Они легко размножаются делением корневища на части, каждая из которых должна содержать вегетативную почку.
Клубень. Клубни, как хранилище запаса питательных веществ, образуются у таких дикорастущих растений, как сыть, седмичник.
Из сельскохозяйственных растений, размножающихся клубнями, наиболее известны картофель и топинамбур. Их можно размножать, высаживая целые клубни. Но при посадке целого клубня верхушечная почка тормозит развитие остальных. Поэтому клубни рекомендуется резать на части, так как это нарушает доминирование верхушечной почки.
Усы. Усами размножаются такие растения, как лютик ползучий, камнеломка отпрысковая. В узлах усов образуются боковые почки и придаточные корни. После засыхания междоузлий растения обособляются.В сельскохозяйственной практике усами размножают клубнику и землянику.
Корневые клубни. Представляют собой утолщения боковых корней. Корневыми клубнями размножаются чистяк весенний, любка, из культурных — батат, в декоративном садоводстве — георгин. При размножении георгинов необходимо брать корневые клубни с основанием стебля, несущим почки, так как корнеклубни почек не образуют.
Данные приемы вегетативного размножения растений очень эффективны, так как развивающееся растения длительное время сохраняет связь с материнским, что способствует более быстрому и мощному развитию корневой системы.
Флоксы, дельфиниумы, примулы, лук-батун, ревень хорошо размножаются частями кустов. Кусты обычно делят весной или во второй половине лета.
Отводки — это участки побегов, которые специально прижимаются к земле, а после развития придаточных корней отделяются от материнского растения. Отводками размножаются крыжовник, виноград, из дикорастущих — пихта, черемуха.
При размножении отводками побеги пригибаются к земле и засыпаются. При достаточном увлажнении на засыпанном участке побега образуются придаточные корни. Уко-
ренившийся побег отделяют от материнского растения и пересаживают на постоянное место. Для лучшего укоренения побег можно надрезать. Это нарушает отток питательных веществ и их скопление в месте надреза, что создает благоприятные условия для образования придаточных корней.
Корневые отпрыски — побеги, возникающие из придаточных почек на корнях. Корневыми отпрысками размножается растения, легко образующие на корнях придаточные почки: вишня, слива, малина, сирень, осина, осот, бодяк полевой и др.
Корневые отпрыски обычно выкапывают и пересаживают в период покоя растения.
Существует целый ряд растений, способных размножаться с помощью черенков. Черенок — отрезок вегетативного органа.
В зависимости от происхождения различают стеблевые, корневые и листовые черенки.
Стеблевые черенки
Стеблевой черенок представляет собой участок надземного побега. Стеблевыми черенками размножают виноград, смородину, крыжовник, декоративные виды спиреи, красный перец, баклажан и другие.
Для размножения берут черенки длиной от 2-3 до 6-8 см, состоящих из одного междоузлия и двух узлов. На верхнем узле листья оставляются (если листовые пластинки крупные, то их наполовину срезают).
Черенки высаживают в специальные парнички, а после укоренения — в открытый грунт.
Листовые черенки
Листовой черенок представляет собой листовую пластинку с черешком или часть листовой пластинки. Листовыми черенками размножаются бегонии, узумбарская фиалка (сенполия), глоксиния, колеус. Листовые черенки могут воспроизводить придаточные корни и почки, из которых развиваются побеги.
Листовые черенки помещают в парничок нижней стороной на песок. Для предотвращения оттока питательных веществ крупные жилки перерезают. Иногда для образования придаточных корней и почек листовой черенок достаточно поместить в склянку с водой.
На листьях бриофиллума в углах зубчиков листовой пластинки образуются придаточные почки, развивающиеся в новые растения с придаточными корнями. Опадая, они закрепляются в почве.
Корневые черенки
Корневой черенок представляет собой часть корня. Ими размножаются виды, на корнях которых легко развиваются придаточные почки: хрен, малина, вишня, розы.
Корневые черенки заготавливают осенью, реже весной. Для этого используют боковые корни первого порядка в возрасте 2-3 лет. Длина черенка до 10-15 см, диаметр — 0,6-1,5 см. черенки высаживают в почву на глубину 2-3 см.
Черенками размножаются и многие дикорастущие растения: ива, тополь, осина, одуванчик.
Прививки
Прививка (или трансплантация) — искусственное сращивание части (черенка, почки) одного растения с побегом другого. Черенок или почка с прилегающим к ней участком коры и древесины (глазок), привитые на другое растение, называют привоем.
Подвой — растение или его часть, на котором осуществлена прививка.
Прививка позволяет использовать корневую систему подвоя для сохранения или размножения определенного сорта, замены сорта, получения новых сортов, ускорения плодоношения, получения морозоустойчивых растений, ремонта или омоложения старых взрослых деревьев.
- Известно более 100 способов прививки, однако все их можно свести к двум основным типам:
- Ø прививка сближением, когда привой и подвой остаются на своих корнях;
- Ø прививка отделенным привоем, когда корни имеет только подвой.
- Наиболее распространенными способами прививки являются следующие:
Ø Прививка в расщеп или в полурасщеп. Применяют в том случае, если привой тоньше подвоя. Поперечный срез подвоя полностью или частично разделяют и вставляют в него привой, косо срезанный с двух сторон.
Ø Прививка под кору. Привой также тоньше подвоя. На подвое делают горизонтальный срез под стеблевым узлом, кору надрезают в вертикальном направлении и осторожно отворачивают ее края. На привое делают срез в виде полуконуса, вставляют его под кору, зажимают отворотами коры и обвязывают.
Ø Копулировка. Применяется в том случае, если привой и подвой имеют одинаковую толщину. На привое и подвое делают косые срезы и совмещают их, обеспечив плотность соединения.
Ø Окулировка. Прививка почки-глазка. На подвое делается Т-образный разрез, края коры отгибаются, и за кору вставляют почку с небольшим участком древесины.
Культура тканей
Культура тканей представляет собой рост тканей или органов на искусственных средах. Метод культуры тканей позволяет получать клоны некоторых высших растений. Клонирование — получение совокупности особей из одной материнской вегетативным путем. Клонирование используется для размножения ценных сортов растений и для оздоровления посадочного материала.
6.3. Половое размножение
Половое размножение связано с образованием растениями особого типа клеток — гамет. Растение, на котором происходит образование гамет, называют гаметофитом. Процесс формирования гамет называют гаметогенезом.
Он происходит в особых органах — гаметангиях. У равноспоровых растений гаметофит обычно обоеполый: несет и женские, и мужские гаметангии.
У разноспоровых растений из микроспор развивается гаметофит с мужскими гаметангиями, а из мегаспор — гаметофит с женскими гаметангиями.
Гаметы всегда гаплоидны. При слиянии мужской и женской гамет происходит образование зиготы, из которой развивается новый организм. Процесс слияния гамет называют оплодотворением.
Сущность полового процесса едина для всех живых организмов, а его формы разнообразны. Различают следующие типы полового процесса: хологамия, изогамия, гетерогамия и оогамия.
Хологамия
Хологамия — слияние гаплоидных одноклеточных, внешне неотличимых организмов друг с другом. Этот тип полового процесса характерен для некоторых примитивных водорослей. В данном случае сливаются не гаметы, а целые организмы, выступающие в роли гамет. Образовавшаяся диплоидная зигота обычно сразу же делится мейотически и образуется 4 дочерних гаплоидных одноклеточных организма.
Конъюгация
Особой формой полового процесса является конъюгация, характерная для некоторых нитчатых водорослей.
Отдельные гаплоидные клетки нитевидных талломов, расположенных близко друг от друга, начинают образовывать выросты.
Они растут навстречу друг другу, соединяются, перегородки в месте стыка растворяются, и содержимое одной клетки (мужской) переходит в другую (женскую). В результате конъюгации образуется диплоидная зигота.
Изогамия
При изогамии (равный брак) гаметы морфологически сходны между собой, то есть одинаковы по форме и размерам, но физиологически они разнокачественны. Данный половой процесс характерен для многих водорослей и некоторых грибов. Изогамия происходит только в воде, для передвижения в которой гаметы снабжены жгутиками. Они очень похожи на зооспоры, но имеют меньшие размеры.
Гетерогамия
При гетерогамии (разный брак) происходит слияние подвижных половых клеток, сходных по форме, но различающихся размерами. Женская гамета в несколько раз больше мужской и менее подвижна. Гетерогамия характерна для тех же групп организмов, что и изогамия, и также происходит в воде.
Оогамия
Урок 5: Размножение растений
- План урока:
- Виды размножения
- Размножение споровых растений
- Размножение семенных растений
- Размножение покрытосеменных растений
- Вегетативное размножение
Виды размножения
Размножение — процесс, в результате которого число определённого организма увеличивается.
У растительных организмов различают следующие способы размножения:
- Половое;
- Бесполое (спорами и вегетативное).
Половое размножение. Если при описании способа размножения растений используются слова «гаметы», то можете без тени сомнения выбирать половое размножение. Гаметы — это специальные клетки, которые предназначены для такого способа репродукции. Фаза в жизненном цикле, которая производит половые клетки, именуется гаметофитом.
У гамет есть два вида:
- Мужские: подвижные мужские клетки называют сперматозоидами, а неподвижные — спермиями. У спермиев нет жгутиков (присущи покрытосеменным и голосеменным);
- Женские: женские клетки именуются яйцеклетками. Обычно яйцеклетки намного крупнее мужских гамет, так как содержат запас питательных веществ. Яйцеклетка состоит из цитоплазмы — ооплазмы — и ядра.
Половые клетки должны слиться друг с другом. Процесс, в итоге которого создаётся единый организм, называется оплодотворение. Единый организм именуется зиготой, из которого далее сформируется новое растение. Свежий растительный организм содержит набор признаков, который ему передали женские и мужские клетки.
Наследственный материал содержится в хромосомах. Гаметы гаплоидны, то есть в них находится одинарный набор хромосом. На схемах такой хромосом отмечается латинской буквой n. Одинарный набор присущ всем гаметофитам и некоторым водорослям (хлорелла) и грибам (мукор).
При слиянии гамет формируется зигота, которая имеет двойной (диплоидный) набор хромосом. При этом родительские признаки перемешиваются, и образуется уникальное растение со своим набором признаков. В этом и состоит биологический смысл: комбинации генов увеличивают генетическое разнообразие потомства, что приводит к появлению новых более приспособленных организмов.
Бесполое размножение. Бесполая репродукция бывает двух видов: вегетативная и размножение спорами.
Вегетативное размножение. В отличие от полового размножения, в вегетативном размножении не участвуют специализированные клетки. Растительный организм развивается из частей вегетативных органов: корня и побега.
Такой способ размножения характерен для всех растений. Наиболее часто вегетативно размножаются покрытосеменные растения из-за большого разнообразия видоизменённых побегов и корней.
В ходе формирования знаний о садоводстве человечество освоило способ вегетативного размножения — увеличение числа растений посредством черенков и отводков.
Черенки — это такие части растений, которые способны закрепиться в почве и дать новые корни. Для этого черенок отделяют от материнского растительного организма и сажают в почву.
Таким образом можно размножить огромное множество растений, например, жимолость или бузину.
Растительные организмы, которые не способны хорошо укорениться в почве, размножают отводками (крыжовник). При этом способе дочернее растение не отделяют от материнского, а лишь загибают часть побега и присыпают сверху почвой.
Некоторые растения сами выработали органы для вегетативного размножения. Например, землянику легко клонировать самим, благодаря наличию видоизменённого побега — усов.
Размножение спорами. Не стоит путать споры бактерий и споры растений. Споры бактерий — стадия жизни микроорганизмов, в которой максимально замедлены обменные процессы. Споры нужны бактериям в неблагоприятных условиях для выживания.
Бактерии покрываются толстой оболочкой, которая может пережить экстремальные температуры. Споры растительных организмов предназначены для размножения. Оболочка — спородерма — состоит из двух слоёв: экзины и интины. Экзина имеет выросты, которые позволяет цепляться за гладкие части.
Таким способом размножаются грибы, водоросли и высшие растения.
В отличие от размножения гаметами, в процессе размножения спорами участвует одна клетка. Споры прорастают на стадии жизненного цикла растения, которая называется спорофит. Специальные органы, которые несут споры, называются спорангии.
Споры бывают подвижные и неподвижные. Подвижные споры — зооспоры — имеют жгутики для передвижения. У неподвижных спор жгутика нет.
Спорофит диплоиден, то есть имеет двойной набор хромосом. На схемах записывают как 2n. Растение, которое сформировалось из споры, полностью повторяет материнский растительный организм, потому что не происходит перемешивания генетических материалов.
Растению удобнее размножаться спорами, нежели гаметами, так как в этом процессе участвует всего одна клетка. Споры отделяются от материнского организма и прорастают там, где образуются благоприятные для прорастания условия.
Для многих растений характерно чередование поколений, то есть какое-то время организм пребывает на стадии спорофита, а какое-то — на стадии гаметофита. Из-за этого растения одного вида могут отличаться не только способом размножения, но и внешним видом. Всё дело в преимуществах поколений.
Преимущества полового размножения:
- Смешение генетического материала гамет, что приводит к лучшему приспособлению в изменяющихся условиях среды.
Преимущества бесполого размножения:
- Более высокая вероятность размножения, так как участвует всего одна клетка;
- При вегетативном размножении развитие растения начинается не с одной клетки, а с нескольких, что уменьшает время появления нового растительного организма.
Поколение растения, которое существует в жизненном цикле дольше, называется доминирующим.
Размножение споровых растений
Споровые растения — растения, для которых характерно споровое размножение.
Споровые растительные организмы бывают:
- Низшие: водоросли;
- Высшие: мхи, плауны, хвощи, папоротники.
Размножение водорослей.
- Вегетативное: водоросли размножаются таким способом, когда их части случайно отделяются от материнского организма из-за сильных течений или воздействия животных;
- Споровое: споры водорослей бывают подвижные с жгутиками (зооспоры) и неподвижные; внутри материнской клетки формируется множество спор, которые далее выходят наружу в водную среду;
- Половое: половая репродукция активизируется лишь при наступлении неблагоприятных условий для приспособления к изменяющимся внешним условиям; гаметы из гаметофита сближаются в водной среде и формируют зиготу, из которой формируется новое растение.
Размножение мхов. У мхов выражено чередование поколений. Доминирующим является поколение гаметофит. У кукушкина льна во влажную погоду сперматозоиды из мужского мха перемещаются к яйцеклетке на женском мхе. Бывшая зигота становится спорофитом — коробочкой на ножке. Там формируются споры, которые затем выбрасываются на землю. Из них вырастают мужские и женские мхи — гаметофиты.
Размножение плаунов. В жизненном цикле плаунов уже заметно доминирование спорофита над гаметофитом. На зелёном организме — спорофите — образуются спорангии с множеством спор внутри. Споры формируют гаметофит растений, который у плаунов называется заростком. Там формируются мужские и женские половые части, которые производят гаметы. Они сливаются во влажную погоду, образуя спорофит.
Жизненный цикл плаунов
Размножение хвощей. Далее во всех растениях спорофит будет доминирующим поколением. Репродукция хвощей повторяет размножение плаунов. На спорофите образуются споры, из которых вырастает заросток — гаметофит — с женскими и мужскими гаметами.
Жизненный цикл хвощей
Размножение папоротников. Доминирующим поколением папоротников также является спорофит. Спорофит — растение с листьями, на нижней стороне которых образуются бурые бугорки — спорангии. Споры формируют гаметофит — заросток. На нём формируются мужские и женские клетки. При оплодотворении они создают зиготу, из которой развивается спорофит.
Жизненный цикл папоротников
Таким образом, репродукция низших и высших споровых растений отличается. Для низших споровых растительных организмов характерен выбор между бесполым или половым размножением. Редко встречается и тот, и другой вид репродукции. Для высших споровых растений характерна смена поколений с преобладанием гаметофита (мхи) или с преобладанием спорофита (плауны, хвощи, папоротники).
Размножение семенных растений
Семенные растения также называют голосеменными. Для этих растений характерно семенное размножение. В отличие от споровых растительных организмов, голосеменные размножаются не с помощью спор, а посредством семян. В отличие от покрытосеменных растений, голосеменные не защищают семена специальными образованиями — плодами.
Женские и мужские семена растений можно различить невооруженным глазом: женские семена намного крупнее, так как они несут в себе запас питательных веществ, который заключён в эндосперм. Женское семя состоит из зародыша, эндосперма и плотной семенной кожуры. Мужские семена больше похожи на пыльцу.
Строение семени сосны
Репродукцию голосеменных растений принято рассматривать на примере сосны обыкновенной. Сосна — однодомный растительный организм, то есть на одном растении расположены и женские шишки, и мужские.
- Женские шишки: красные, сидят на вершине по одной; на чешуях женских шишек развиваются два семязачатка, в которых располагаются яйцеклетки;
- Мужские шишки: жёлто-зелёные, небольшие, собраны группами; на чешуях мужских шишек развиваются два пыльцевых мешочка, в которых располагается пыльца и пузырьки, заполненные воздухом, для облегчения полёта.
Строение шишки сосны
Пыльца вылетает из мужской шишки и встречается с женской. Это стадия опыления. Чешуи женской шишки соединяются, чтобы пыльцевые зёрна не вылетели обратно.
Пыльца становится пыльцевой трубкой, формируя неподвижные безжгутиковые спермии. Они соединяются с яйцеклеткой. Из сформировавшейся зиготы вырастает семя.
Шишка одревесневает, открывается, освобождая семена для дальнейшего распространения.
В жизненном цикле голосеменных растений преобладает спорофит. Спорофит — взрослое растение. Оно формируется внутри семян шишек, а затем прорастает при попадании на землю. Гаметофит — шишки.
Жизненный цикл голосеменных растений
Также у семенных растительных организмов редко встречается вегетативная репродукция.
Размножение покрытосеменных растений
Покрытосеменные растения — вершина эволюции. Для размножения у них выработались специальные органы: цветок и плод. Яркий цветок привлекает насекомых-опылителей, которые облегчают перенос пыльцы между растениями. Плод с околоплодником защищает хрупкие семена от неблагоприятных воздействий.
Мужской и женский гаметофит у покрытосеменных растений сильной отличается:
- Мужской. Мужской гаметофит называется пыльцой и располагается на пыльнике тычинки. Представляет собой шарики с двухслойной оболочкой: наружная — неровная и внутренняя — гладкая. Неровности нужны для лучшего закрепления пыльцы. Под оболочками находятся две клетки: вегетативная и генеративная.
- Женский. Женский гаметофит именуется зародышевым мешком и располагается в семязачатке пестика. В нём есть входное отверстие для пыльцы — микропиле. Напротив микропиле находится яйцеклетка, а в центре — центральная клетка.
- Мужской гаметофит
- Женский гаметофит
- Процесс переноса пыльцы называется опылением. Опыление растений бывает:
- Самоопыление: пыльца попадает на тычинки того же растительного организма (горох, фасоль); высока вероятность опыление, но мало разнообразие потомства;
- Перекрёстное опыление: пыльца попадает на тычинки другого растения (кукуруза, арбуз); высоко разнообразие потомства, но мала вероятность опыления.
Посредством насекомых-опылителей (зоофилия) или ветра (анемофилия) пыльца отделяется от тычинки и перелетает на рыльце пестика. Вегетативная клетка удлиняется и становится пыльцевой трубкой. Она вырастает и пробирается к зародышевому мешку.
Генеративная клетка делится на 2 неподвижных спермия. Один из них соединяется с яйцеклеткой, образуя зиготу. Второй объединяется с центральной клеткой, формируя в дальнейшем эндосперм.
Этот процесс именуется двойным оплодотворением, то есть два спермия сливаются с двумя клетками.
Двойное оплодотворение
Далее из зиготы развивается зародыш, который окружён эндоспермом с запасом питательных веществ. Постепенно формируется плод.
Вегетативное размножение
Вегетативное размножение происходит с помощью вегетативных органов: корня, побега. В отличие от полового размножения, вегетативная репродукция даёт начало идентичным особям без разнообразия. Это понижает шансы на выживаемость в изменяющихся условиях среды.
В вегетативном размножении участвуют клетки паренхимы — основной ткани. Эти клетки не являются специализированными, поэтому в процессе развития могут дать начало любому органу.
Для вегетативного размножения растительные организмы выработали разнообразные способы:
- Хвощи и папоротники размножаются корневищами — видоизменёнными побегами;
- Голосеменные растения размножаются отводками и черенками;
- Покрытосеменные растения также размножаются с помощью видоизменённых частей: усов (земляника), корневищ (пырей), клубней (картофель), луковиц (лук).
Способы вегетативного размножения
Размножение высших растений как отражение жизненного цикла
Как следует из анализа жизненных циклов у подавляющего большинства растений, строго говоря, нет ни собственно бесполого, ни полового размножения, но обязательно имеют место два процесса: спорообразование и половой процесс.
Как оказалось, только в результате сочетания этих двух качественно различающихся репродуктивных процессов происходит размножение большинства растений, т. е. воспроизведение себе подобных. Иначе говоря, у споровых растений, если доминирует гаметофит, при размножении вначале происходит половой процесс, затем — спорообразование.
Если же в жизненном цикле доминирует спорофит, сначала наблюдается спорообразование, а затем и половой процесс.
У высших споровых растений спорообразование и половой процесс разобщены во времени, а гаметофиты и спорофиты разделены пространственно.
Вследствие этого у высших споровых растений можно выделить два типа размножения: гамето-споровое и споро-гаметное.
Мы полагаем, что эти введенные нами термины вполне отражают особенности циклов развития и размножения большинства эволюционно продвинутых водорослей и всех высших споровых растений.
У семенных растений (голосеменные и покрытосеменные) спорообразование и половой процесс следуют непосредственно друг за другом (хотя между этими процессами может быть довольно большой промежуток времени) и происходят в пределах спорофита. Как следствие этого, у семенных растений возникает особый тип размножения — семенное.
6.4.1. Гамето-споровое размножение
Гамето-споровое размножение характерно для тех растений, у которых в жизненном цикле доминирует гаметофит, спорофит сильно редуцирован, развивается на гаметофите. Из высших растений гамето-споровое размножение характерно только для мохообразных.
Схематично представить гамето-споровое размножение, характерное для мохообразных, можно следующим образом.
На гаметофите, имеющем талломное или листостебельное строение, образуются половые органы — антеридии и архегонии.
Так как среди мохообразных есть как однодомные, так и двудомные виды, половые органы образуются или на одной, или на разных особях. Гаметангии имеют однослойную многоклеточную стенку.
Антеридии — эллиптические образования — на ранних этапах развития содержат спермагенную ткань, из клеток которой в результате митотического деления образуются сперматозоиды.
Архегонии представляют собой колбообразную структуру, дифференцированную на расширенную часть — брюшко архегония — и суженную — шейку архегония. В брюшке развивается яйцеклетка и брюшная канальцевая клетка, в шейке — шейковые канальцевые клетки.
Последние недолговечны и разрушаются к моменту созревания яйцеклетки, их содержимое создает влажную среду, что способствует передвижению сперматозоидов. Созревание сперматозоидов в антеридии и яйцеклетки в архегонии происходит синхронно. Половой процесс — в форме оогамии, оплодотворение происходит при наличии капельножидкой среды.
Образовавшаяся зигота некоторое время находится в состоянии покоя, а затем начинает митотически делиться в брюшке архегония, в результате чего на гаметофите образуется спорофит. У всех мохообразных он называется спорогоном и представляет собой в различной степени дифференцированную «коробочку». Важнейшей частью спорогона является спорангий.
Форма спорангиев, приспособления для их вскрывания, рассеивания спор у разных видов мохообразных различны. Молодой спорангий заполнен спорогенной тканью, клетки которой делятся редукционно и образуют тетрады спор (мейоспор).
Затем тетрады разрушаются, споры обособляются и после вскрывания спорангия высыпаются и разносятся ветром. Споры мохообразных, как и высших споровых растений, одеты двумя оболочками: наружной — экзоспорием и внутренней — эндоспорием. Экзоспорий состоит из целлюлозы и пропитан споро – полленином, поэтому наружная оболочка очень прочна и надежно защищает спору от неблагоприятных условий.
Эндоспорий представляет собой полупроницаемую мембрану, окружающую живое содержимое споры. В экзоспории есть апертура, через которую при прорастании споры выпячивается протонема, представляющая собой раннюю стадию развития гаметофита. Она может быть нитчатой или пластинчатой. На протонеме образуются почки, из которых формируются талломные или листостебельные гаметофиты (см. рис. 141).
Так, в результате сочетания двух процессов — полового и спорообразования — возникают дочерние особи, которые идентифицируются как определенные виды мохообразных. Мохообразные — это единственный отдел высших растений, у которых спора выполняет, кроме функции расселения, также и функцию воспроизведения вида.
6.4.2. Споро-гаметное размножение
Споро – гаметное размножение — широко распространенный тип размножения высших споровых растений, у которых в жизненном цикле доминирует спорофит.
При споро – гаметном размножении, которое характерно как для равноспоровых, так и для разноспоровых плаунообразных, хвощеобразных, папорот никообразных процесс воспроизведения начинается с образования на спорофитах спорангиев. Спорангии развиваются на особых листьях — спорофиллах (см. рис. 134) — или на трофических листьях (см. рис.136), совмещающих функцию фотосинтеза с репродуктивной.
У хвощей спорангии образуются на спорангиофорах, которые имеют стеблевое происхождение (см. рис. 135). Строение, размеры, способы образования и вскрывания спорангиев различны.
На ранних этапах развития спорангии заполнены спорогенными клетками. Споры образуются в результате редукционного деления спорогенных клеток (мейоспоры).
Как и у мохообразных, споры одеты двумя оболочками, и только у хвощеобразных имеются остатки третьей оболочки (эписпория), которые образуют так называемые элатеры, способствующие совместному рассеиванию спор.
(У некоторых хвощей может наблюдаться физиологическая разно – споровость при попадании спор в различные условия.)
У равноспоровых видов плаунов, хвощей, папоротников формируются обоеполые заростки (гаметофиты), достигающие не более 0,5 см в диаметре (см. рис. 134—136). Заростки существуют самостоятельно, независимо от спорофита. Они могут быть надземными, зелеными — и тогда питаются автотрофно, или подземными, бесцветными. У таких заростков возникает симбиоз с грибами, и они питаются микотрофно.
У разноспоровых видов (роды селягинелла — Selaginella, полушник — Isоёtes, марсилея — Marsilea, сальвиния — Salvinia) образуются микроспоры и макроспоры, которые различаются по морфологическим и физиолого – биологическим свойствам.
Из них развиваются раздельнополые заростки: из микроспоры — мужские, из макроспоры — женские. Эти заростки сильно редуцированы, особенно мужской. Часто мужские заростки состоят только из единственной вегетативной клетки и одного антеридия.
Большую редукцию мужского заростка по сравнению с женским можно объяснить тем, что основ – ная их функция — только образование мужских половых клеток — сперматозоидов, а женский заросток должен еще обеспечить сохранность зиготы и развитие зародыша, так как он на первых порах не способен к самостоятельному существованию (см. рис. 142).
Половой процесс — оогамия. Для успешного передвижения сперматозоидов и процесса оплодотворения обязательно наличие капельно -жидкой среды.
Зигота, возникающая после оплодотворения в архегонии, вскоре начинает развиваться в зародыш нового поколения, т. е. новый спорофит.
Первоначально он питается за счет питательных веществ заростка, а затем после дифференцировки зародышевых органов — зародышевого корешка, стебелька и листьев — переходит к самостоятельному автотрофному питанию.
У высших споровых растений бесполый (спорообразование) и половой процессы разобщены не только пространственно, но и во времени. Пока из споры разовьется заросток, может пройти от 1 до 3 недель. Заросток до момента оплодотворения может существовать от 10 до 15 лет. Если оплодотворения яйцеклетки не происходит, заросток погибает.
Таким образом, только в результате сочетания двух процессов — споро – образования и полового процесса образуются дочерние организмы, которые идентифицируются как те или иные виды.
6.4.3. Семенное размножение
Семенное размножение характерно только для представителей двух отделов — Голосеменные и Покрытосеменные, или Цветковые, растения. У представителей этих отделов наблюдается разноспоровость, но микроспорангии и макроспорангии у них существенно отличаются от спорангиев высших споровых растений.
Микроспорангии имеют многослойную стенку, которая надежно защищает развивающиеся в результате мейоза микроспоры (мейоспоры), а также образующиеся из них микроспорангии — сильно редуцированные мужские гаметофиты — пыльцевые зерна (пыльца).
У голосеменных и покрытосеменных растений появляются особые образования — семяпочки (семязачатки), центральная часть которых — нуцеллус — представляет собой макроспорангий (мегаспорангий). В нуцеллусе в результате
мейоза в типичных случаях образуется единственная тетрада макроспор. Женские заростки у голосеменных и покрытосеменных растений имеют различное строение, но у обоих таксонов они развиваются внутри нуцеллуса семяпочки и надежно защищены.
У голосеменных растений на женском заростке образуются два архегония, в каждом из них находится по одной яйцеклетке.
У покрытосеменных ввиду сильной редукции женского гаметофита архегониев нет, яйцеклетка развивается в особом женском гаметофите — зародышевом мешке.
У голосеменных и покрытосеменных растений оба процесса — спорообразование и половой процесс — следуют очень быстро один за другим, т. е. практически без перерыва или с очень коротким интервалом.
Иначе говоря, если в цикле развития споровых растений бесполый и половой процессы дополняют друг друга, то у семенных растений они становятся уже неотделимыми один от другого, и на их основе возникает особый тип размножения — семенное.
Семя — сложное образование, которое состоит из зародыша (зачатка нового организма), запаса питательных веществ и семенной кожуры (спермодермы), выполняющей защитную функцию.
При помощи семян у семенных растений происходит и расселение, и размножение растений. Семенное размножение имеет ряд преимуществ перед гамето – споровым и споро – гаметным типами размножения.
Во-первых, половой процесс у голосеменных и покрытосеменных происходит в форме сифоногамии (сперматозоиды или спермии доставляются к яйцеклетке пыльцевой трубкой), что позволяет осуществлять оплодотворение без участия капельно -жидкой среды.
Во-вторых, формирование зародыша у большинства видов заканчивается на материнском растении, что обеспечивает его наилучшее развитие и повышает жизнеспособность.
В семени сосредоточен большой запас питательных веществ, что делает зародыш относительно независимым на ранних этапах развития от условий внешней среды. И, наконец, в-третьих, зародыш семени находится в состоянии покоя и защищен покровами, что тоже повышает его жизнеспособность.
У голосеменных появились сложно устроенные образования — мужские и женские шишки (стробилы), в которых формируются микроспорангии и макроспорангии и проходят все процессы, связанные с образованием семян, а у покрытосеменных растений возник особый репродуктивный орган — цветок.
Загрузка...
